SST Technology: Полната анализа на сценарија во производството, преносот, дистрибуцијата и потрошуването на електрична енергија

I. Исследователска подложна

Потреби за трансформација на системот за енергија

Промените во структурата на енергијата поставуваат повисоки барања кон системите за енергија. Традиционалните системи за енергија се претвораат во ново поколение системи за енергија, а основните разлики помеѓу нив се обележани како што следува:

Ⅱ.Корни апликации на тврдите трансформатори (SST)

Под егидата на новите системи за енергија, активната поддршка, регулацијата на мрежна интеграција, флексibilната интерконекција и интеракцијата на понуда-барање стануваат клучни барања за просторно-временска комплементарност на енергијата. SST-овите проникнуваат во сите стадии - производство, пренос, дистрибуција и потрошувачки, со специфични апликации како што следува:

• Производствена страна: директно поврзани конвертери на мрежата, опрема за формирање на мрежа, средноволтажни DC трансформатори за интеграција на ветер, сончеви зраци и складирање.

• Страна на пренос: средноволтажни и високоволтажни DC распределителни трансформатори, флексибилни DC интерконекциони уреди.

• Страна на дистрибуција: средноволтажни и низковолтажни флексибилни интерконекциони единици, флексибилни дистрибутивни електронски трансформатори (PET), DC трансформатори за електрификувана транспортна технологија.

• Потрошувачка страна: DC источници на напон за производство на водород/алуминиум, директни системи за полнежување, директни извори на напон за податочни центрови.

(1) Тракција на железнички превоз — 25кВ Тракциона PETT

Системите на конвертери базирани на SST се костурни опреми за градеж на следното поколение мрежи за енергија.

Клучни технички преминувања:

• Технологии на конверзија на високоизолирана високочестотна топологија и високомощностни високочестотни трансформатори

• Висок напон (AC25kV директна поврзаност) и висока изолација под компактен дизајн (издржување на напон: 85kV/1мин)

• Адаптација на силни ударни и вибрациски околини, ефикасно фазно менливо хлаѓање

• Високочестотни, високо-ефикасни топологии и техники за управување, модулационна контрола со гладко преклопување

Резултати од примената:

• Инсталирано и тестирано на EMU со 140 км/ч во 2020 година, излегува DC1800V

• Номинална ефикасност од 96,7% (2% повисока од постојните системи), 20% зголемување на густината на моќта

• Полната контрола на страната на мрежата овозможува активно филтрирање, компензација на реактивна моќ, нулта магнетизамска стрмувања и без резервни губитоци

• Прв светски продукт 25кВ-SST кој ја достигнал автомобилската динамичка теста

(2) Енергија за градски железнички превоз — Мулти-портска енергијска маршрутизација за метроскопски системи

Основен дизајн:
Четирипортска изолирана структура која поддржува тракциона моќ, помошна моќ, складирање на енергија и интеграција на PV.

Клучни технологии:

• Две-нивоа пун мостовска LLC топологија на коло со IGBT

• SiC-базирана DAB топологија со серијско-паралелна DC конфигурација

• Технологија на меко преклопување за моќни уреди (ефикасност на грана ≥98,5%)

• Здружени 12-пулси трансформатори поврзани со AC мрежата, елиминација на циркуларните стројеви при паралелно поврзување со диодни правоугули

Преимущества на примената:

• Елиминира големите линиски регенеративни трансформатори; 26% помала површина, намалување на просторот за инсталација и трошоци за градеж

• Без губитоци на празен трансформатор, овозможува ретрофит на постојечки линии

• Интеграција на правоугули, обратна енергија, реактивна компензација и хармониско филтрирање за прецизна многопортска контрола на протокот на моќта

(3) Полнежување и замена на батерија — 10кВ директно поврзан SST за полнежување на електромобили

Конфигурација на системот:

• 10кВ средноволтажна директна поврзаност, капацитет од 1MVA: 1 модул за директно полнежување + 2 модули за мрежа со заеднички барабан

• Конфигуриран со 300кW ултрабрзо полнежување и шест 120кW брзи полнежувачи; компатибилен со интеграција на PV-складирање и средноволтажна мрежна поврзаност

Основни функции:

• Интеграција на трансформатори и модули за полнежување; широкопасна регулација на напонот овозможува директно полнежување, ефикасност на системот ≥97% (врв 98,3%)

• Предоставува поддршка на мрежата и управување на качеството на енергијата, овозможува двосмерна V2G (автомобил-до-мрежа) и G2V (мрежа-до-автомобил) интеракција

(4) Енергија за паркови — Нискокарбонски енергијски маршрутизатор за паркови (PV-складирање-полнежување интеграција)

Архитектура на системот:
10кВ директно поврзан енергијски маршрутизатор базиран на SST, со портови AC10kV и DC750V, со складирање на батерија, DC полнежувачки интерфејси и DC защитни уреди на излезот.

Основна конфигурација:
Шкаф за SST од 315кW, 976,12кWp PV, 0,5MW/1,3MWh складирање на енергија, 10 DC полнежувачки станции.

Преимущество на примената:

• Генерирањето на електрична енергија преку ФВ и складирањето на енергија со арбитраж на врвни настани намалува трошоците за електричество

• Намалува барањето за капацитет на станцијата, буферира влијанието на мрежата и нуди одлична скалабилност

• Комбинацијата „тврд DC превключувач + изолатор“ на излезот осигурува изолација на грешки за системите за складирање и пунење

(5) Интеграција на обновливи извори на енергија — DC/DC енергетски маршрутизатор за ФВ-водород

Основни параметри:

• Изолиран конвертер DC/DC од 5MW: вход DC800–1500V, излез DC0–850V, поврзан со шинови за хидроген електролизер

• Капацитет на една кабина: 3/6MVA, скалабилно од 3–20MVA; напонот на излезот се прилагодува до DC0–1300V/2000V

Технички предности:

• Намалува бројот на фази на конверзија во споредба со трансмисијата преку AC; општа ефикасност 96%–98%

• Изолирани DC трансформатори со високи фреквенции со флексибилни серијски-паралелни топологии, прифатливи за ФВ, складирање, железничка енергија, производство на водород/алуминиум

• Модуларна, конфигурисана платформа прилагодена на разнородни потреби на индустријата за DC мрежи

(6) Оптимизација на распределителната мрежа

Уред за флексибилна интерконекција на средно-нисковолтен напон:

• Се занимава со несбалансираност на надворешниот нагуз, растечката дистрибуирана ФВ, ширењето на уредите за пунење на електромобили и подобрувањето на надежноста

• Обична работа: асинхронска интерконекција на мрежата со контрола на активна/реактивна моќ, подобрување на интеграцијата на обновливите извори на енергија и изолација на квалитетот на енергијата

• Услов на грешка: брза изолација и автоматско преминување за да се спречат прекини

Систем за складирање на енергија директно поврзан на 10kV:

• Поврзување на средно-високоволтна мрежа намалува губитоци на линијата

• Двостепена конверзија овозможува регулација на широк дијапазон на напони

• Модуларна конфигурација на PCS и батерија

• Поголема флексибилност на капацитетот во споредба со каскадна H-мостова топологија, осигурувајќи сигурност на изолацијата на батеријата и целокупна контрола на потокот на моќ

(7) Поврзување на мрежата на страната на генерација — нова интерфејсна мрежа за директно поврзување на ФВ на 10kV

Технички карактеристики:

• Изолација со висока фреквенција + каскадна CHB главна цеп

• Капацитет: N×315kVA (скалабилно), излез компатибилен со системи од 1500V, ефикасност >98.3%

Основни предности:

• Директно поврзување на средно напон со изолиран DC-DC кој извршува MPPT (Maximum Power Point Tracking) и изолација/регулација на напонот

• Поедноставена двостепена архитектура, многу ефикасна; директно реагира на барањето на мрежата на ниво од 10kV

• Применима за индустриски, комерцијални и селски дистрибуирани ФВ сценарија

(8) Странична страна — Надворешна енергија на податочниот центар базиран на SST

Решение за директно поврзување на 10kV:

• Моќ од 2.5MW (315kW × 8), ефикасност на системот 98.3%, користење на изолација со висока фреквенција

• DC прстен мрежа од 400VDC на DC страната

• Полн PWM контрола постигнува фактор на моќ на страната на мрежата >0.99, хармоници <3%

Будучина

Со фокус на AC/DC распределителни мрежи, проширување до обновливи извори, транспорт, надворешна енергија, управување со енергија и заштита од грешки, SST-овите овозможуваат интегриран системски решенија кои вклучуваат:

• Хибридна надворешна енергија AC/DC

• Интеграција на извор-мрежа-нагуз-складирање

• Оптимизирано управување со енергија и диспечерирање на потокот на моќ
  Поддршка во изградбата на следното поколение енергетски системи.

III. Претставување на предизвици и дискусија за примената

(1) Предизвик од компатибилност на реле за заштита
Необходимо е истражување на компатибилноста помеѓу трансформаторите на електроника на моќ и традиционалните распределителни системи, особено за краткосрочни, земјински и отворени грешки. Треба да се установат јасни стратегии за контрола во време на преминување на грешка и механизми за координација на реле за заштита.

(2) Предизвици од интеграција на диспечерирање, управување и надзор
Широката употреба на нова електроника на моќ подига проблеми на адаптација во диспечерирање и надзор, потребни се решенија за три основни потреби:

• • Правила диспечерирање и пазарски механизми: Традиционалната логика „изворот следува потребата“ не може да ги акомулира двосмерните интеракции „потреба-извор-мрежа“. Мораат да се развијат многосмерни пазарски механизми за текот на енергија.

  • Стандардизација и мевенерабилност: Различните протоколи за интерфејс на уредите доведуваат до слаба мевенерабилност меѓу производителите. Мораат да се промовираат стандардизирани комуникациски протоколи и сетови на контролни команди.

  • Координирано диспечерирање помеѓу региони: Флексибилната врска ја сокрушува традиционалната граница на зони. Мораат да се изградат фрајмворкови за унифицирана распределба на одговорности, споделување на резерви и координирано диспечерирање помеѓу региони.

  Овие предизвици бараат унифицирани стандарди и механизми за надзор на извршувањето за нивно решавање.